我国在LIBS领域取得新进展 可实现对碳钢元素高精定量分析

无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，无损检测的重要性已得到公认。

近日，中国科学院沈阳自动化所激光诱导击穿光谱（LIBS）团队提出了一种减小粗糙度对LIBS定量分析影响的有效方案，对样品表面粗糙度在0.03-0.5μm之间的6块碳钢进行了扫描分析。通过优化在不同粗糙度样品下采集光谱时烧蚀弹坑的重叠率，拟合曲线的决定系数都高于0.993。激光诱导击穿光谱（LIBS）无损检测方法实现了对碳钢中Cr, Cu, Mn等元素的高精度定量分析。

碳钢是含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。也叫碳素钢。一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。一般碳钢中含碳量越高则硬度越大，强度也越高，但塑性越低。碳钢主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。碳含量对碳钢组织的影响：当碳含量小于0.77%时，随着碳含量的增加铁素体的含量逐渐减少，主观题的含量逐渐增加，当碳含量增大到0.77%时，珠光体的含量增加到；碳含量继续增加，出现了新的组织二次渗碳体，当碳含量增加到0.9%时，二次渗碳体形成网状型态，导致碳钢所有力学性能均下降。

无损检测已不再是仅仅使用X 射线，包括声、电、磁、电磁波、中子、激光等各种物理现象几乎都被用做于了无损检测，譬如：超声检测、涡流检测、磁粉检测、射线检测、渗透检测、目视检测、红外检测、微波检测、泄漏检测、声发射检测、漏磁检测、磁记忆检测、热中子照相检测、激光散斑成像检测、光纤光栅传感技术，等等，而且还在不断地开发和应用新的方法和技术。

常用的无损检测方法：涡流检测(ECT）、射线照相检验（RT）、超声检测(UT）、磁粉检测(MT）和液体渗透检测(PT) 五种。其他无损检测方法：声发射检测（AE）、热像/红外（TIR）、泄漏试验（LT）、交流场测量技术（ACFMT）、漏磁检验（MFL）、远场测试检测方法（RFT）、超声波衍射时差法（TOFD）等。

什么是激光诱导击穿光谱

技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态（固态、液态、气态）的样品激发形成等离子体，LIBS技术（原则上）可以分析任何物态的样品，仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。再者，几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线，因此，LIBS可以分析大多数的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度，或监测杂质的存在。在实践中，检测极限是：a）等离子体激发温度的函数，b）光收集窗口，以及c）所观查的过渡谱线的强度。LIBS利用光学发射光谱，并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。

LIBS在技术上是非常相似的一些其它基于激光的分析技术，共享许多相同的硬件。这些技术是拉曼光谱学的振动光谱技术，激光诱导荧光（LIF）的荧光光谱技术。实际上，现在设备已经被制造成在单个仪器中结合这些技术，允许样品原子的，分子的和结构的特征研究，以给予物理性质的一个更深入的了解。光谱仪包括分光部分和光电转换模块。

定量分析的含义

是识别危险的一种方法。原是分析化学的一个分支，以测定物质中各成分的含量为主要目标。根据所用方法的不同，分为重量分析、容量分析和仪器分析三类。因分析试样用量和被测成分的不同，又可分为常量分析、半微量分析、微量分析、超微量分析等。后推广为在明确划分物质种类的前提下，即把物质定性以后，具体分析物质的强度、刚度、范围变化量指标。在“量” 的方面分析物质，适于分析危险损失发生的概率、频率和损失程度等量度指标。

激光诱导反应法

是利用激光来引发、活化反应物系，从而合成高品位纳米材料的一种方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反应气体，反应气体通过对激光光子的强吸收，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，在极短时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度，迅速完成反应、成核与凝聚、生长等过程，从而制得相应物质的纳米微粒。

通常，入射激光束垂直于反应气流，反应气体分子或原子吸收激光光子后被迅速加热，根据估算，激光加热的速率为106-108°C/s，加热到反应温度的时间小于10-4s。被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火焰，火焰中心的温度一般远高于相应化学反应所需温度，因此反应将在10-3s内完成。生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区，经短暂生长过程到达收集室。

 新闻来源：沈阳自动化研究所 仪器网整合

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